一种荧光铽离子掺杂氟磷灰石/琼脂复合材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术提供了一种荧光铽离子掺杂氟磷灰石/琼脂复合材料及其制备方法与应用，属于荧光材料技术领域。本发明专利技术将分别配制好的钙源和铽源的溶液A、磷源和氟源的溶液C与含有琼脂的溶液B进行混合，可发生仿生矿化反应合成发光的铽离子掺杂氟磷灰石/琼脂复合材料，其中F

【技术实现步骤摘要】
一种荧光铽离子掺杂氟磷灰石/琼脂复合材料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及荧光材料制备领域，尤其涉及一种荧光铽离子掺杂氟磷灰石/琼脂复合材料及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]放射性核素和重金属离子已成为环境中主要的有害污染物，摄入或吸入铀可严重影响人体健康。而Cr
3+
和Cu
2+
虽然是人体必需的微量元素，但是它们的过量或缺乏也可导致人体健康问题。因此，开发检测自然环境或废水中UO
22+
、Cu
2+
、Cr
3+
的方法对降低其对环境和人体健康具有重要意义。目前金属离子检测技术，如电感耦合等离子体质谱(ICP
‑
MS)、原子吸收光谱(AAS)、毛细管电泳等，通常需要复杂的样品制备、昂贵的仪器和/或复杂的操作，难以实时、现场检测。
[0003]而荧光检测法因其高灵敏度、高选择性、实时和快速响应等优点而受到广泛关注。尽管目前有开发量子点、稀土掺杂金属有机框架(MOF)、荧光染料分子等用于金属离子的检测。然而，基于量子点和MOF的荧光传感器不仅制备方法复杂且成本高，而且目前开发的有些传感器的灵敏度仍然不足以在极低污染地区检测UO
22+
、Cu
2+
、Cr
3+
离子。
[0004]因此，开发环境友好、经济、灵敏高效的UO
22+
、Cu
2+
、Cr
3+
检测荧光传感器的制备方法仍然是目前亟须解决的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种荧光铽离子掺杂氟磷灰石/琼脂复合材料及其制备方法，本专利技术提供的制备方法制备的荧光铽离子掺杂氟磷灰石/琼脂复合材料对UO
22+
、Cu
2+
和Cr
3+
的检测具有较高的选择性和灵敏度。
[0006]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0007]本专利技术提供了一种荧光铽离子掺杂氟磷灰石/琼脂复合材料的制备方法，包括如下步骤：
[0008](1)将钙源和铽源与去离子水混合，得到溶液A；所述钙源中的Ca
2+
与铽源中的Tb
3+
的物质的量的比值为10～20；
[0009](2)将琼脂与去离子水混合，得到溶液B；
[0010](3)将磷源和氟源与去离子水混合，得到溶液C；所述磷源中的P元素与氟源中的F
‑
的物质的量的比值为0.5～1；
[0011](4)将所述步骤(1)～(3)得到的溶液A、溶液B和溶液C混合后进行仿生矿化反应，得到荧光铽离子掺杂氟磷灰石/琼脂复合材料；
[0012]所述步骤(1)、(2)和(3)不分先后顺序。
[0013]优选地，所述步骤(4)中仿生矿化反应的pH值为9.5～11.5。
[0014]优选地，所述步骤(4)中仿生矿化反应体系中的Ca
2+
和Tb
3+
的物质的量之和与P元
素的物质的量的比值为1.67。
[0015]优选地，所述步骤(1)中的钙源包括Ca(NO3)2·
4H2O或CaCl2。
[0016]优选地，所述步骤(1)中的铽源包括Tb(NO3)3·
5H2O、TbCl3或Tb2(SO4)3。
[0017]优选地，所述步骤(2)中的溶液B中的琼脂的质量分数为0.6％～0.9％。
[0018]优选地，所述步骤(2)中混合的温度为85～100℃。
[0019]优选地，所述步骤(4)中仿生矿化反应的温度为60～80℃，仿生矿化反应的时间为3～6h。
[0020]本专利技术还提供了上述技术方案所述的制备方法制备得到的荧光铽离子掺杂氟磷灰石/琼脂复合材料。
[0021]本专利技术还提供了上述技术方案所述的荧光铽离子掺杂氟磷灰石/琼脂复合材料在检测UO
22+
、Cu
2+
和Cr
3+
浓度中的应用。
[0022]本专利技术提供了一种荧光铽离子掺杂氟磷灰石/琼脂复合材料的制备方法，包括如下步骤：将钙源和铽源与去离子水混合，得到溶液A；所述钙源中的Ca
2+
与铽源中的Tb
3+
的物质的量的比值为10～20；将琼脂与去离子水混合，得到溶液B；将磷源和氟源与去离子水进行混合，得到溶液C；所述磷源中的P元素与氟源中的F
‑
的物质的量的比值为0.5～1；将所述溶液A、溶液B和溶液C混合后进行仿生矿化反应，得到荧光铽离子掺杂氟磷灰石/琼脂复合材料。本专利技术将分别制备好的钙源和铽源的溶液A、磷源和氟源的溶液C与含有琼脂的溶液B进行混合，可以发生仿生矿化反应合成Tb
3+
掺杂氟磷灰石/琼脂复合材料，其中由氟源引入F
‑
可以取代羟基磷灰石中的羟基基团，且F
‑
只产生较低的振动能量，能增强复合材料的荧光强度；利用Tb
3+
取代部分Ca
2+
制备铽离子掺杂氟磷灰石材料可以进一步改善复合材料的发光性能，提高复合材料在荧光检测时的灵敏度，由于没有可对稀土离子发光产生猝灭作用的
‑
OH基团，且F
‑
只产生较低的振动能量，进而可促进有效的发光转换；通过以琼脂为模版，可以更好地提高荧光铽离子掺杂氟磷灰石纳米晶的分散性，并控制合成的Tb
3+
掺杂氟磷灰石纳米颗粒具有更小的尺寸，从而进一步提高复合材料在用于检测UO
22+
、Cu
2+
和Cr
3+
浓度时具有更高的选择性和灵敏度。
[0023]实施例的结果表明，本专利技术提供的制备方法制备得到的荧光铽离子掺杂氟磷灰石/琼脂复合材料的发射光谱图显示其发光强度最高可达到1600a.u.左右，即具有高的发光强度；猝灭常数(K
SV
)值为：UO
22+
(2.47
×
105M
‑1)，Cu
2+
(6.77
×
105M
‑1)，Cr
3+
(1.37
×
106M
‑1)；检测限(LOD)值为：UO
22+
(7.95nM)、Cu
2+
(3.94nM)、Cr
3+
(1.67nM)，即LOD值远低于美国环境保护署(USEPA)规定的饮用水中UO
22+
(30ppb)，Cu
2+
(2ppm)Cr
3+
(100ppb)允许的检测限。以上较大的K
SV
值和较低的LOD值表明了本专利技术提供的制备方法制备得到的荧光铽离子掺杂氟磷灰石/琼脂复合材料具有高的灵敏度。而且，只有单一UO
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种荧光铽离子掺杂氟磷灰石/琼脂复合材料的制备方法，包括如下步骤：(1)将钙源和铽源与去离子水混合，得到溶液A；所述钙源中的Ca
2+
与铽源中的Tb
3+
的物质的量的比值为10～20；(2)将琼脂与去离子水混合，得到溶液B；(3)将磷源和氟源与去离子水混合，得到溶液C；所述磷源中的P元素与氟源中的F
‑
的物质的量的比值为0.5～1；(4)将所述步骤(1)～(3)得到的溶液A、溶液B和溶液C混合后进行仿生矿化反应，得到荧光铽离子掺杂氟磷灰石/琼脂复合材料；所述步骤(1)、(2)和(3)不分先后顺序。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中仿生矿化反应的pH值为9.5～11.5。3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中仿生矿化反应体系中的Ca
2+
和Tb
3+
的物质的量之和与P元素的物质的量的比值为1.67。4....

【专利技术属性】
技术研发人员：刘红娟，毛园兵，
申请(专利权)人：南华大学，
类型：发明
国别省市：